VOIMAHARJOITUSTEN AKUUTIT VAIKUTUKSET JA
TOISTOHARJOITUSVAIKUTUS JUOKSUN TALOUDELLISUUTEEN JA KESTÄVYYSSUORITUSKYKYYN
Oona-Mari Hakulinen
Pro Gradu, Valmennus- ja testausoppi Liikuntabiologinen aineryhmä
Jyväskylän yliopisto Kevät 2020
Työnohjaajat: Juha Ahtiainen & Jussi Mikkola
TIIVISTELMÄ
Hakulinen, O-M. 2020. Voimaharjoitusten akuutit vaikutukset ja toistoharjoitusvaikutus juoksun taloudellisuuteen ja kestävyyssuorituskykyyn. Liikuntabiologinen aineryhmä, Jyväskylän yliopisto. Valmennus- ja testausopin Pro Gradu -tutkielma, 74 s., 1 liite.
Johdanto. Voimaharjoittelun tiedetään edistävän juoksun taloudellisuutta ja kestävyyssuorituskykyä, mutta lihasvaurioita aiheuttava voimaharjoitus saattaa akuutisti heikentää juoksusuoritusta. Tutkimuksissa on kuitenkin havaittu, että samanlaisen harjoituksen toistuessa haitalliset vaikutukset lievenevät, mikä perustuu palautumisen aikana kehossa tapahtuviin hermostollisiin, rakenteellisiin ja biokemiallisiin adaptaatioihin. Tästä ilmiöstä käytetään termiä repeated bout effect (RBE, toistoharjoitusvaikutus). Tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää hypertrofisen ja hermostollisen voimaharjoituksen vaikutuksia kaksi vuorokautta myöhemmin tehtävään kestävyysjuoksusuoritukseen sekä selvittää muuttuvatko akuutit vaikutukset juoksun taloudellisuuteen ja suorituskykyyn voimaharjoittelua toistettaessa.
Menetelmät. 12 kestävyyskuntoilijaa jaettiin hypertrofiseen (HYP) ja hermostolliseen (HER) voimaharjoitusryhmään. 4 viikon aikana tehtiin 4 kestävyysjuoksutestiä. Ensimmäinen testi oli kontrollitesti ilman voimaharjoitusta. 2 vrk ennen seuraavia kestävyystestejä tehtiin hypertrofinen tai hermostollinen voimaharjoitus. Ennen jokaista kestävyystestiä tehtiin epäsuorat lihasvauriotestit. Kestävyystestissä juostiin 10 min 90 % vauhdilla anaerobisesta kynnysvauhdista ja sen jälkeen 10 min anaerobisella kynnysvauhdilla, joiden jälkeen vauhti nousi 1 km/h minuutin välein uupumukseen asti. Juoksun aikana mitattiin hapenkulutusta, sykettä, koettua kuormittuneisuutta, hengitysosamäärää, laktaattipitoisuutta, maksimivauhtia ja uupumukseen kulunutta aikaa. Voimaharjoittelun aiheuttamaa lihasarkuutta arvioitiin visuaalisen skaalan avulla (VAS). Tutkimuksessa vertailtiin voimaharjoitusten akuutteja vaikutuksia sekä toistoharjoitusvaikutusta juoksun taloudellisuuteen ja maksimisuorituskykyyn. Tilastolliset analyysit tehtiin IBM SPSS Statistics 26.0 -ohjelmalla.
Tulokset. Kun vertailtiin tuloksia kontrollitestin ja ensimmäisen voimaharjoituksen jälkeisen testin kesken, ei juoksun taloudellisuudessa tai maksimaalisessa kestävyyssuorituskyvyssä havaittu muutoksia, vaikka HYP-ryhmässä koettu lihasarkuus oli suurta. Juoksun taloudellisuus parantui HYP-ryhmällä kertojen 1 ja 3 välillä ja palautui lähemmäksi kontrollitasoa, viitaten toistoharjoitusvaikutukseen. HER-ryhmässä laktaatti anaerobisella kynnyksellä laski testijakson aikana. Molemmissa ryhmissä uupumukseen kulunut aika parantui ja HER- ryhmässä parannus oli merkittävämpää. HER-ryhmässä saavutettu hapenotto ja laktaatti parantuivat testijakson aikana. HYP-ryhmässä saavutettu hapenotto laski testikertaan 2 asti.
Johtopäätökset. Hermostollinen voimaharjoittelu näyttäisi olevan turvallisempi tapa toteuttaa kestävyysjuoksijoiden voimaharjoittelua, jotta seuraavan kestävyysjuoksusuorituksen laatu ei kärsi ja harjoittelu on myös pitkällä tähtäimellä tuloksellista, mikäli ensisijaisena tavoitteena on kestävyysominaisuuksien kehittäminen. Erilaisten voimaharjoitusten toistoharjoitusvaikutusta kestävyyssuoritukseen tulisi tutkia pidemmällä aikavälillä ja eliittitason kestävyysurheilijoilla.
Asiasanat: kestävyysjuoksu, toistoharjoitusvaikutus, yhdistelmäharjoittelu, kestävyysharjoittelu, voimaharjoittelu, juoksun taloudellisuus, kestävyyssuorituskyky
ABSTRACT
Hakulinen, O-M. 2020. Acute Effects and Repeated Bout Effect of Strength Exercises on Running Economy and Maximal Endurance Performance. University of Jyväskylä, Master’s thesis of sport coaching and fitness testing, 74 p. 1 appendices.
Introduction. Strength training is known to have beneficial effects to running economy and endurance performance. Even though muscle damaging strength exercise may acutely impair running performance, there is evidence that repeating strength session later may decrease the negative effects to next endurance running session, which is explained by neural, morphological and biochemical adaptations. This phenomenon is called repeated bout effect (RBE). The purpose of this study was to research acute effects of hypertrophic or neural strength exercises to subsequent endurance performance 2 days later. In addition the aim was to investigate possible repeated bout effect of strength sessions to running economy and maximal performance during three bouts. Methods. In total 12 participants, divided to hypertrophic (HYP) and neural (HER) groups took part to the study. During 4 weeks participants managed 4 endurance performance tests. The first endurance test was a control test without prior strength session and the next 3 test was performed 2 days after strength session (bouts 1, 2, 3), with one week between the bouts. Immediately before each endurance test indirect muscle damage markers were measured. Endurance test consisted of running 10 min at 90 % of anaerobic threshold, 10 min at anaerobic threshold and then until exhaustion increasing the speed 1 km/h every minute. During the running test oxygen consumption, heart rate, rate of perceived exertion, RER, lactate, maximal speed and time to exhaustion were measured. Subjective muscle soreness was asked using visual analogue scale (VAS 0-100%). The acute effects and repeated bout effect of two different type of strength sessions to running economy factors and maximal performance factors were analyzed and IBM SPSS Statistics 26.0 –programs was used to statistical analyses. Results. There was not acute effects of strength exercises to running economy or endurance performance, but in HYP-group the subjective muscle soreness was very significant after the first strength session. Running economy enhanced in HYP-group between the bouts 1 and 3 and came back toward control values, indicating RBE. In HER-group, lactate at anaerobic threshold lowered during testing period. Both groups enhanced time to exhaustion, but in HER-group the enhancement was greater. Achieved VO2max and LAmax enhanced in HER-group during the testing period. In contrast, VO2max decreased in HYP-group until the bout 2. Conclusions. Neural strength training seems to be more safe way to ensure good quality of subsequent endurance running session and to verify long time development of endurance properties, if that is the main goal. Repeated bout effect to endurance performance would be important to study more long term and among elite endurance athletes.
Key words: endurance running, repeated bout effect, concurrent training, endurance training, strength training, running economy, endurance performance
KÄYTETYT LYHENTEET
CMJ counter movement jump, kevennyshyppy
DOMS delayed onset muscle soreness, viivästynyt lihasarkuus
EIMD exercise-induced muscle damage, harjoituksen aiheuttama lihasvaurio RBE repeated bout effect, toistoharjoitusvaikutus
RFD rate of force development, voimantuottonopeus RPE rate of perceived exertion, koettu kuormittuneisuus
RT-SEP resistance training-induced sub-optimization of endurance performance, VO2 hapenkulutus
VO2max maksimaalinen hapenottokyky
SISÄLLYS
TIIVISTELMÄ
1 JOHDANTO ... 1
2 KESTÄVYYSSUORTUSKYKY JA HARJOITTELUN ADAPTAATIOT ... 3
2.1 Kestävyyssuorituskykyä määrittävät tekijät ... 3
2.1.1 Maksimaalinen hapenottokyky ... 4
2.1.2 Suhteellinen aerobinen teho ja pitkäaikainen kestävyys ... 4
2.1.3 Juoksun taloudellisuus ja hermo-lihasjärjestelmän toiminta ... 5
2.2 Kestävyysharjoittelu ... 7
2.3 Kestävyysharjoittelun vaikutukset ... 8
3 VOIMAHARJOITTELU ... 9
3.1 Hypertrofinen voimaharjoittelu ... 10
3.1.1 Hypertrofisen voimaharjoituksen välittömät vaikutukset ... 10
3.1.2 Hypertrofisen voimaharjoittelun pitkän aikavälin vaikutukset ... 11
3.2 Hermostollinen voimaharjoittelu ... 12
3.2.1 Hermostollisen voimaharjoituksen välittömät vaikutukset ... 13
3.2.2 Hermostollisen voimaharjoittelun pitkän aikavälin vaikutukset ... 13
3.3 Voimaharjoittelu ja lihasvauriot ... 14
4 TOISTOHARJOITUSVAIKUTUS ... 15
4.1 Toistoharjoitusvaikutuksen kesto ... 15
4.2 Harjoituksen kuormittavuus ja toistoharjoitusvaikutus ... 16
4.3 Teorioita toistoharjoitusvaikutuksen mekanismeista... 17
4.3.1 Hermostolliset muutokset toistoharjoitusvaikutuksen taustalla ... 18
4.3.2 Rakenteelliset muutokset toistoharjoitusvaikutuksen taustalla ... 19
4.3.3 Lihassolussa tapahtuvat muutokset toistoharjoitusvaikutuksen taustalla .... 20
5 VOIMA- JA KESTÄVYYSHARJOITTELUN YHDISTÄMINEN ... 22
5.1 Yhdistelmäharjoittelun vaikutukset voimantuottoon... 22
5.2 Voimaharjoittelu kestävyyssuorituskykyä edistävänä tekijänä ... 23
5.3 Voimaharjoittelun haasteet kestävyysharjoittelussa ... 26
5.3.1 Hermo-lihasjärjestelmän akuutti väsymys ja kestävyyssuorituskyky ... 27
5.3.2 Voimaharjoittelu ja kestävyysharjoittelun adaptaatioiden heikentyminen pitkällä aikavälillä... 30
5.4 Voimaharjoittelun toistoharjoitusvaikutus ja kestävyysharjoittelu ... 31
5.4.1 Toistoharjoitusvaikutus ja juoksun taloudellisuus ... 31
5.4.2 Toistoharjoitusvaikutus ja kestävyyssuorituskyky ... 33
6 TUTKIMUKSEN TARKOITUS JA TUTKIMUSKYSYMYKSET ... 34
7 TUTKIMUSMENETELMÄT ... 37
7.1 Tutkittavat ... 37
7.2 Tutkimusasetelma ... 37
7.3 Aineiston keruu ja analysointi ... 38
7.3.1 Suora maksimaalinen hapenottokykytesti ... 39
7.3.2 Lihasvaurioita ja väsymystä mittaavat testit ... 40
7.3.3 Juoksun taloudellisuuden ja kestävyyssuorituskyvyn mittaaminen ... 42
7.3.4 Voimaharjoitukset ... 44
7.4 Tilastolliset menetelmät ... 45
8 TULOKSET ... 47
8.1 Suora maksimaalinen hapenottokykytesti ... 47
8.2 Epäsuorat lihasvauriomarkkerit ... 47
8.3 Juoksun taloudellisuus ... 49
8.4 Maksimaalinen juoksusuorituskyky ... 50
9 POHDINTA ... 53
LÄHTEET ... 62 LIITTEET
1 1 JOHDANTO
Tutkimusten sekä valmentajien ja urheilijoiden käytännön kokemuksen mukaan voimaharjoittelu on eduksi kestävyyssuorituskyvyn kehittymisen kannalta.
Kestävyysjuoksijoiden voimaharjoittelussa olisi hyvä tavoitella sellaisten fysiologisten ja hermostollisten adaptaatioiden saavuttamista, jotka edistävät juoksun taloudellisuutta sekä aerobisella ja anaerobisella teholla saavutettavaa vauhtia (Beattie ym. 2017).
Voimaharjoittelun lisääminen harjoitusohjelmaan on myös haaste, sillä uudenlaisen voimaharjoitusärsykkeen lisääminen nostaa harjoituskokonaisuuden rasittavuutta, voi akuutisti heikentää suorituskykyä seuraavissa kestävyysharjoituksissa sekä saattaa pitkällä aikavälillä kokonaisrasituksen kasautuessa heikentää niin voiman kuin kestävyyden kehittymistä (Doma ym. 2017a).
Vaikka rasittava ja lihasvaurioita sekä -arkuutta aiheuttava voimaharjoitus saattaa akuutisti heikentää juoksusuoritusta, niin tutkimuksissa on myös havaittu, että samanlaisen harjoituksen toistaminen saattaa seuraavalla kerralla aiheuttaa vähäisempiä lihasvaurioita ja kestävyyssuorituksen heikkenemistä (McHugh 2003; Burt ym. 2013; Doma ym. 2017b).
Ilmiöstä käytetään kirjallisuudessa termiä repeated bout effect (RBE) ja sen on arvioitu liittyvän ensimmäisen voimaharjoituksen aiheuttamaan suojaan (McHugh 2003). Koska suomenkielistä käännöstä kyseiselle termille ei kirjallisuudesta löydy, on tähän tutkimustyöhön valittu käytettäväksi termi toistoharjoitusvaikutus. Suojaavan vaikutuksen taustalla on todettu olevan muun muassa hermostollisia muutoksia, lihas-jännekompleksin rakenteellisia adaptaatioita, tulehdusvasteeseen liittyviä muutoksia sekä solun sisäisten rakenteiden uudelleen muotoutumista. Näiden muutosten vaikutuksesta keho on seuraavalla kerralla valmiimpi vastaanottamaan sellaista kuormitusta, joka on aikaisemmin saanut aikaan lihasvaurioita ja hermo-lihasjärjestelmän toimintakyvyn heikkenemistä. (Hyldahl ym. 2017.)
Aikaisemmissa tutkimuksissa, joissa on selvitetty voimaharjoittelun akuutteja vaikutuksia kestävyyssuoritukseen sekä toistoharjoitusvaikutuksen ilmenemistä, on voimaharjoitusmuotona ollut vain yksi, usein rasittava konsentrisesti toteutettu hypertrofinen
2
voimaharjoitus (Burt ym. 2013; Doma ym. 2015; Doma ym. 2017b) tai runsaasti eksentrisiä toistoja sisältävä harjoitus (Chen ym. 2007). Tässä tutkimuksessa haluttiin hypertrofisen voimaharjoituksen rinnalla tarkastella kestävyysjuoksijoille suositellun ja tyypillisen hermostollisen voimaharjoituksen akuutteja vaikutuksia kestävyyssuoritukseen.
Toistoharjoitusvaikutusta on vielä toistaiseksi tutkittu vertailemalla lähinnä kahden voimaharjoituskerran vaikutuksia seuraavaan kestävyyssuoritukseen, ja vain vähän löytyy tutkimustietoa useamman harjoituskerran vaikutuksista. Doman ym. (2017b) tutkimuksessa kuitenkin vertailtiin kolmen voimaharjoituksen akuutteja vaikutuksia kestävyysjuoksusuorituksen taloudellisuuteen ja suorituskykyyn. He havaitsivat, että vaadittiin kolme voimaharjoitusta, ennen kuin submaksimaalisen juoksusuorituksen taloudellisuus ei enää kärsinyt 48 tuntia voimaharjoituksen jälkeen. Maksimaalisen suorituskyvyn osalta vielä kolmannenkin voimaharjoituskerran jälkeen uupumukseen kulunut aikana oli heikentynyt 48 tunnin kuluttua voimaharjoituksesta (Doma ym. 2017b). Näin vähäisen tutkimustiedon vuoksi on selvästi tarpeen selvittää lisää toistoharjoitusvaikutuksesta kestävyyssuorituskyvyn näkökulmasta vertaillen kahta erilaista voimaharjoitustyyppiä sekä vertailemalla useamman kuin kahden voimaharjoituskerran toistamisen vaikutuksia.
Tämän tutkimuksen tarkoituksena on selvittää kahden erilaisen, hypertrofisen sekä maksimivoimaa ja plyometrisia harjoitteita (hyppelyt) sisältävän hermostollisen voimaharjoituksen akuutteja vaikutuksia kaksi vuorokautta myöhemmin toteutettavan kestävyyssuorituksen taloudellisuuteen sekä maksimaaliseen suorituskykyyn. Lisäksi tarkoituksena on selvittää, kuinka hypertrofinen tai hermostollinen voimaharjoitus kolme kertaa toistettaessa vaikuttaa kyseisiin mahdollisiin akuutteihin seurauksiin kestävyysjuoksusuorituksessa, eli havaitaanko toistoharjoitusvaikutusta.
Aiheen tutkiminen antaa valmentajille ja urheilijoille lisää ymmärrystä, kuinka yhdistää voimaharjoittelu entistä tarkoituksenmukaisemmin kestävyysharjoitteluun. Tämä on tärkeää, jotta pitkällä aikavälillä vältetään väsymyksen kasautuminen ja varmistetaan kestävyysurheilussa prioriteettina olevan kestävyyssuorituskyvyn kehittyminen.
3
2 KESTÄVYYSSUORTUSKYKY JA HARJOITTELUN ADAPTAATIOT
Kestävyyssuorituskykyyn vaikuttavia tekijöitä sekä optimaalisia harjoitusmetodeja kestävyyssuorituskyvyn ja suorituksen taloudellisuuden parantamiseen on tutkittu jo kauan.
Hengitys- ja verenkiertoelimistön toiminta on keskeinen kestävyyssuorituskykyä määrittävä tekijä, sillä se vastaa suurelta osin hapen kulkeutumisesta työskenteleville lihaksille. Lisäksi liikkeen taloudellisuus sekä hapenkulutuksen suhteellinen osuus maksimaalisesta aerobisesta kapasiteetista (%VO2max) submaksimaalisella teholla liikuttaessa vaikuttavat kestävyyssuorituskykyyn. Kestävyysharjoittelulla pyritään erityisesti vaikuttamaan hengitys- ja verenkiertoelimistön toimintaan sekä aiheuttamaan aineenvaihdunnallisia adaptaatioita lihassoluissa kuten edistämään rasva-aineenvaihduntaa sekä ehkäisemään laktaatin kerääntymistä. (Bassett & Howley 2000.)
2.1 Kestävyyssuorituskykyä määrittävät tekijät
Kestävyyssuorituskykyä suuresti määrittävä tekijä on maksimaalinen hapenottokyky (VO2max), joka asettaa rajan aerobiselle energiantuotolle. Hyvä VO2max pelkästään ei vielä riitä ennustamaan menestystä, sillä kestävyyssuorituskykyyn vaikuttaa lisäksi pitkäaikainen aerobinen kestävyys (%VO2max), taloudellisuus sekä hermo-lihasjärjestelmän tehontuottokyky. (Jones ym. 2006; Migley ym. 2006; Bassett & Howley 2000.) Kuvassa 1 on esitetty Jonesin (2006) mukaan juoksusuorituksen kilpailuvauhtiin vaikuttavat tekijät.
KUVA 1. Kestävyysjuoksusuorituksen vauhtiin vaikuttavat tekijät (mukaeltu Jones 2006).
4 2.1.1 Maksimaalinen hapenottokyky
Maksimaalisella hapenottokyvyllä (VO2max) tarkoitetaan suurinta mahdollista elimistön ulkoilmasta vastaanottamaa ja aerobiseen lihastyöhön käyttämää happimäärää. VO2max on taso, jonka jälkeen kuormitusta nostettaessa hapenkulutus ei enää kasva. (McArdle ym. 2015, 165;
Joyner & Coyle 2008.) Lajeissa kuten juoksussa, joissa kannatellaan omaa kehonpainoa, VO2max ilmaistaan usein kehon painoon suhteutettuna (ml/kg/min). (Kenney ym. 2012, 122.) Maksimaaliseen hapenottokykyyn vaikuttaa hengitys- ja verenkiertoelimistön toiminta; happea siirtyy hengityselimistöstä verenkiertoon, jonka mukana happea kuljetetaan keuhkojen ja kudosten välillä. (Hynynen 2016, 117-127; Bassett & Howley 2000) Lisäksi lihassolujen kyky hyödyntää happea aineenvaihduntaan vaikuttaa VO2max:iin. (McArdle ym. 2015, 461-497.) Sydämen läpi kulkeutuvan veren määrä aikayksikköä kohden, elimistön hemoglobiinimäärä, lihasten verenkierto, lihakseen kulkeutuva happimäärä ja keuhkojen kyky hapettaa verta ovatkin maksimaalista hapenottokykyä määrittäviä tekijöitä, joiden huippuarvot saavutetaan maksimaalisessa kuormituksessa. (Joyner & Coyle 2008.) Muita vaikuttavia tekijöitä ovat lihasmassan määrä, harjoittelutausta, geenit, ikä ja sukupuoli (McArdle ym. 2015, 167; Kenney ym. 2012; Joyner & Coyle 2008).
2.1.2 Suhteellinen aerobinen teho ja pitkäaikainen kestävyys
Elintoimintojen ylläpitoon ja lihastyöhön tarvitaan ravinnosta saatavaa energiaa, joka muutetaan entsyymien säätelemisessä kemiallisissa reaktioissa solujen hyödynnettävissä olevaksi ATP:ksi (adenosiinitrifosfaatti). Aerobisessa energiantuotossa tarvitaan sisäänhengitysilmasta saatavaa happea, jota käytetään pääasiassa rasvojen ja hiilihydraattien hapettamiseen. Levossa energiaa tuotetaan lähes täysin rasvoja hapettamalla, mutta jo matalatehoisessa liikunnassa myös hiilihydraatteja on otettava käyttöön energiantuoton tehostamiseksi. Anaerobinen energiantuotto on huomattavasti nopeampaa, joten suoritustehon kasvaessa anaerobisen glykolyysin sekä välittömien energialähteiden eli ATP:n ja fosfokreatiinin (FK) käyttö tulevat välttämättömiksi, jotta lihasten energiansaanti turvautuu.
(Nummela, 2016, 128-131.)
5
Suomessa käytetään termejä aerobinen- ja anaerobinen kynnys, jotka kuvaavat energia- aineenvaihdunnassa tapahtuvia selkeämmin havaittavia muutoskohtia suoritustehon kasvaessa progressiivisesti. Aerobinen kynnys saavutetaan, kun hengitys alkaa kiihtyä suhteessa hapenkulutukseen. Tämän arvioidaan johtuvan suureksi osaksi veren laktaatti- ja vetyionipitoisuuksien noususta ja puskuritoiminnan kiihtymisestä. Hiilidioksidin poistoa on tehostettava keuhkotuuletusta kasvattamalla. Aerobinen kynnys havaitaan myös veren laktaattipitoisuuden ensimmäisenä nousukohtana suhteessa perustasoon. Anaerobinen kynnys on korkein työteho, jossa laktaatin tuotto ja poisto pysyvät vielä tasapainossa. Tästä edelleen tehon kasvaessa energia-aineenvaihdunnan vaatimukset kasvavat, hengitystiheys kiihtyy edelleen, hiilidioksidin poisto suhteessa keuhkotuuletuksen kasvuun laskee ja vety- ja laktaattipitoisuuden nousu tapahtuvat nopeammin suhteessa työtehon kasvuun. Toisin sanoen, anaerobisen kynnyksen yläpuolella liikuttaessa happamuus kasvaa jatkuvasti, johtaen suorituskyvyn heikkenemiseen ja lopulta uupumiseen. (Hynynen 2016, 117-127; Nummela 2010, 51-59.)
Maksimaalisessa kestävyyssuorituksessa, jossa suorituksen kesto on enemmän kuin 10 tai 15 minuuttia, suurin osa suorituksesta tai koko suoritus tehdään vauhdilla, joka on maksimaalisen hapenoton tasoa matalampi. Esimerkiksi maratonilla teho on noin 75-85 % ja 10 km juoksumatkalla 90-100 % VO2max:sta. Näin ollen, kilpailusuorituksessa parhaita juoksijoita ei erottelekaan toisistaan maksimaalinen hapenottokyky, vaan kyky työskennellä pitkään mahdollisimman suurella suhteellisella aerobisella teholla (%VO2max). (Joyner & Coyle 2008.)
2.1.3 Juoksun taloudellisuus ja hermo-lihasjärjestelmän toiminta
Hyvää urheilullista kuntoa ja suorituskykyä määrittää hapenottokyvyn lisäksi organismissa, eli tässä tapauksessa ihmiselimistössä, tapahtuvien toiminnallisten prosessien taloudellisuus (Wasserman ym. 2011, Tzvetkovin 2017 mukaan). Taloudellisuudella tarkoitetaan käytännössä liikkumiseen tarvittavaa energiamäärää. Juoksun taloudellisuutta submaksimaalisella teholla voidaan arvioida mittaamalla hapenkulutusta (VO2) sekä hengitysosamäärää (RER) suorituksen aikana. (Saunders ym. 2004.) Hapenkulutus tietyllä vauhdilla juostessa voi vaihdella yksilöiden välillä jopa 30-40 %. Lähes saman maksimaalisen
6
hapenottokyvyn sekä anaerobisen kynnysvauhdin omaavilla huippujuoksijoilla on havaittu suuriakin eroja submaksimaalisessa ja maksimaalisessa juoksuvauhdissa, mikä viittaa eroihin suorituksen taloudellisuudessa. (Joyner & Coyle 2008.)
Juoksusuorituksen taloudellisuuteen vaikuttavat perimään, harjoitteluun, ympäristöön sekä fysiologiaan ja biomekaniikkaan liittyviä tekijöitä (kuva 2). Huippu-kestävyysjuoksijoilla hitaiden ja kestävien, hyvin aerobiseen aineenvaihduntaan kykenevien tyypin I lihassolujen osuus on merkittävä, mikä on kestävyyssuorituksen vauhdeilla taloudellista. Kuitenkin, juoksun taloudellisuuden on havaittu liittyvän vahvasti myös muun muassa lihaksen rakenteeseen, lihas- jänne kompleksin elastisiin elementteihin sekä nivelen mekaanisiin ominaisuuksiin. (Joyner &
Coyle 2008.)
KUVA 2. Juoksun taloudellisuuteen vaikuttavat tekijät (Mukaeltu Saunders ym. 2004).
Juoksun taloudellisuuteen vaikuttavat biomekaaniset tekijät voidaan jakaa sisäisiin ja ulkoisiin.
Sisäisiin biomekaanisiin tekijöihin sisältyvät 1) spatiotemporaaliset tekijät, jotka vaikuttavat esimerkiksi kontaktiaikaan, askeltiheyteen ja askelpituuteen, 2) juoksun kinematiikka, kuten nivelkulmien suuruus, 3) juoksun kinetiikka eli liikkeeseen vaikuttavat voimat, esimerkiksi reaktiovoimat sekä 4) hermo-lihasjärjestelmään liittyvät tekijät, kuten motoristen yksiköiden aktivoituminen. Ulkoisiin biomekaanisiin tekijöihin voidaan katsoa kuuluvaksi muun muassa juoksukenkä ja juoksualusta. (Moore 2016.)
7
Useiden muiden liikkumismuotojen tapaan myös juoksussa tapahtuu aktiivisen lihaksen venymistä juuri ennen lihaksen supistumisvaihetta. Tämä lisää lihaksen tehon tuottoa konsentrisessa vaiheessa ilman, että energiankulutus kasvaa. Tätä ilmiötä kutsutaan venymis- lyhenemissykliksi ja se on keskeisessä asemassa taloudellisessa juoksemisessa. Venymis- lyhenemissyklin vaikutus liikkeeseen uskotaan perustuvan neljään tekijään: 1) voimantuottoaikaan, 2) elastisen energian varastoitumiseen ja hyödyntämiseen, 3) voiman potentoitumiseen lihasfiibereiden supistuviin elementteihin (poikkisillat) erityisesti suurilla lihaspituuksilla sekä 4) lihaksen aistinelinten toimintaan perustuvaan venytysrefleksiin. (Enoka 2015, 248-249.) Taloudellisuuden tärkeästä merkityksestä johtuen, siihen vaikuttavien harjoitusmenetelmien, kuten voimaharjoittelun hyödyntäminen ovat ymmärrettävästi urheilijoiden ja valmentajien kiinnostuksen kohteena (Saunders ym. 2014).
2.2 Kestävyysharjoittelu
Kestävyysharjoittelun tehoalueet jaetaan tavallisesti peruskestävyyteen, vauhtikestävyyteen ja maksimikestävyyteen (taulukko 1). Peruskestävyysharjoittelu tapahtuu aerobisen kynnyksen alapuolella ja on tyypiltään tasavauhtista tai hieman kiihtyvää sekä jatkuvaa.
Vauhtikestävyysharjoittelua tehdään aerobisen ja anaerobisen kynnyksen välissä.
Vauhtikestävyysharjoittelua voidaan toteuttaa jatkuvana tasavauhtisena tai kiihtyen, tai pätkittynä lyhyin palautuksin. Maksimikestävyysharjoitteluksi kutsutaan anaerobisen kynnyksen ja maksimaalisen hapenottokyvyn välillä tapahtuvaa harjoittelua, jota suuren tehon vuoksi toteutetaan tavallisimmin intervallityyppisesti. (Nummela & Häkkinen 2016, 272-275.)
TAULUKKO 1. Kestävyysharjoittelun tehoalueet ja toteutus. (Mukaeltu Nummela & Häkkinen 2016.)
PK-harjoittelu VK-harjoittelu MK-harjoittelu
Kokonaiskesto 30-240 min 20-60 min 10-30 min
Intervallin kesto - 5-20 min 3-10 min
Toistot/palautus - 1-10 / 1-2 min 1-10 / 1-5 min
Tehoalue (% max) 40-70 % 65-90 % 80-100 %
Laktaatti / Syke (Huom. yksilöllisyys)
< 2 mmol/l / < 165 2-5 mmol/l / 165-185 5-10 mmol/l / 175-200
8 2.3 Kestävyysharjoittelun vaikutukset
Kestävyysharjoittelun, kuten yleisesti urheiluharjoittelun tarkoituksena on järkyttää kehon homeostaasia eli sisäistä tasapainotilaa. Akuutti vaste ylikuormittamiselle on suorituskyvyn lasku. Kuitenkin, palautumisen aikana kehossa tapahtuu positiivisia fysiologisia adaptaatioita, jotta kuormituksen uudelleen kohdatessaan elimistö kykenisi toimimaan aikaisempaa tehokkaammin. Kestävyysharjoittelu saa aikaan aerobiseen kapasiteettiin sekä lihasten koostumukseen ja toimintaan liittyviä adaptaatioita. (McArdle ym. 2015, 461-497.)
Yksi kestävyysharjoittelun tärkeimmistä tavoitteista on hengitys- ja verenkiertoelimistön toimintojen kehittäminen, sillä ne vastaavat suurelta osin hapen kuljettamisesta töitä tekeville lihaksille sekä aineenvaihdunnassa syntyneen hiilidioksidin poistamisesta elimistöstä (Hynynen 2016). Kestävyysharjoittelun seurauksena verenkiertoelimistöön kuuluvien sydänlihaksen koko ja supistumisominaisuudet parantuvat, plasman volyymi ja punasolumassa kasvavat, hiussuoniverkosto tihenee ja syke levossa ja submaksimaalisessa kuormituksessa laskevat (McArdle ym. 2015, 461-497). Hengityselimistössä tapahtuvia adaptaatioita ovat maksimaalisen keuhkotuuletuksen eli ventilaation (VE) sekä kokonaishengitysreservin parantuminen ja submaksimaalisessa kuormituksessa ventilaation lasku (Hynynen 2016). Myös maksimaalinen hapenottokyky paranee, lihasten kyky varastoida glykogeenia parantuu, aerobisten entsyymien määrä lisääntyy, tyypin II lihassolujen aerobinen kapasiteetti paranee ja tyypin I lihassolujen pinta-ala kasvaa. (McArdle ym. 2015, 461-497).
Varsinkin juoksuharjoittelun alussa taloudellisuus paranee nopeasti. Mooren ym. (2012) tutkimuksessa aloittelevilla juoksijoilla, 94 % taloudellisuuden parantumisesta 10 viikon harjoittelun aikana perustui juoksutekniikan itse-optimointiin. Harjoitelleilla juoksijoilla juoksutekniikan itse-optimointi on jo pitkälle hyödynnetty, joten merkittäviä fysiologisia adaptaatioita ja juoksun taloudellisuuden parantumista ei enää juoksuharjoittelun kautta juuri tapahdu (Moore 2016; Lake & Cavanagh 1996).
9 3 VOIMAHARJOITTELU
Voimaharjoittelulla voidaan ylläpitää tai edistää fyysistä terveyttä sekä toimintakykyä, kuten voimantuottokykyä ja lihasmassaa. (Sabido ym. 2016). Voimaharjoittelu on suhteellisen laaja käsite ja urheilijan voimaharjoittelun suunnittelun sekä toteutustavan määräävät yksilölliset tarpeet haluttujen voimantuotto-ominaisuuksien, kuten maksimivoiman, nopeusvoiman tai voimakestävyyden kehittämiseksi.
Voimaharjoittelun vasteisiin vaikuttaa erityisesti harjoituksen intensiteetti (kuorman suuruus), volyymi (määrä), harjoitustiheys, sarjojen väliset palautumisajat, valitut liikkeet sekä liikenopeus. (Sabido ym. 2016.) Myös ikä, sukupuoli, harjoitustausta, ravitsemus ja geenit (He ym. 2018; Thomas ym. 2013) vaikuttavat voimaharjoittelun akuutteihin vasteisiin ja kroonisiin adaptaatioihin (Crewther ym. 2006). Voimaharjoittelun aiheuttamat adaptaatiot voidaan jakaa morfologisiin sekä hermostollisiin muutoksiin. Morfologisilla muutoksilla tarkoitetaan lihaksen rakenteessa tapahtuvia muutoksia; lihassolujen kasvua eli hypertrofiaa, pennaatiokulman muutoksia, sekä mahdollisia lihassolujen määrässä (hyperplasia) ja lihassolutyypissä tapahtuvia muutoksia. (Folland & Williams 2007.) Hormonaalisella systeemillä on voimaharjoittelussa keskeinen rooli, sillä anaboliset (testosteroni, kasvuhormoni) ja kataboliset (kortisoli) hormonit vaikuttavat uuden lihasproteiinin tuotantoon (Crewther ym. 2006).
Voimantuottoon vaikuttaviin hermoston toiminnassa tapahtuviin muutoksin sisältyvät muun muassa parantunut keskushermoston aktivaatio ja motoneuronien herkkyys, parantunut motoristen yksiköiden synkronisaatio, suurentunut motoristen yksiköiden syttymisfrekvenssi sekä inhiboivien refleksien heikentyminen (McArdle ym. 2015, 498-451). Voimaharjoittelun alkuvaiheessa hermostollisilla adaptaatioilla on huomattavasti suurempi merkitys voimatasojen kehittymisessä (Del Vecchio ym. 2019), kun taas lihaksen morfologisten muutosten rooli kasvaa harjoittelun edetessä.
10 3.1 Hypertrofinen voimaharjoittelu
Hypertrofisella voimaharjoittelulla tarkoitetaan voimaharjoittelun toteuttamista tavalla, jonka seurauksena uuden lihasproteiinin muodostuminen on suurta ja lihas kasvaa. Tarkoituksena on kuormittaa lihasta mahdollisimman paljon, jotta saadaan aikaan riittävä stimulus proteiinisynteesille. Tällaiseen tilanteeseen päästään tekemällä suhteellisen pitkiä sarjoja lyhyin, 1-2 minuutin palautuksin. Kuormat ovat tyypillisesti 70-85 % lihaksen yhden toiston maksimista (1RM), paljon harjoitelleilla jopa vielä korkeammat. Usein käytetty toistomäärä on 6-8 ja sarjamäärien vaihteluväli on 2-6, riippuen harjoittelijan tasosta. (Sabido ym. 2016.) Myös liikkeen eksentrinen vaihe toteutetaan hypertrofisessa voimaharjoittelussa usein hitaasti, lisäten lihakseen kohdistuvaa kuormitusta (Nosaka 1998). Maksimaaliseen lihasmassan kasvuun tähtäävässä harjoittelussa on tavallista käyttää myös erilaisia erikoismenetelmiä, kuten pakkotoistoja tai supersarjoja (Weakley ym. 2017).
3.1.1 Hypertrofisen voimaharjoituksen välittömät vaikutukset
Hypertrofisesti toteutetun voimaharjoituksen on havaittu aiheuttavan elimistössä akuutteja hormonaalisia muutoksia, kuten testosteroni- ja kasvuhormonitasojen kasvua, sukupuolihormoneja sitovan globuliinin (SHBG) nousua ja veren laktaattikonsentraation kasvua (McCaulley ym. 2009; Linnamo ym. 2005). Selkeän hormonaalisen vasteen arvioidaan selittyvän suurella harjoitusvolyymillä ja suhteellisen lyhyellä palautumisajalla. (McCaulley ym. 2009.)
Tulehdustilaa kuvaavien merkkiaineiden pitoisuuksissa, joiden arvioidaan liittyvän harjoituksen aikaiseen suureen mekaaniseen stressiin ja aineenvaihdunnalliseen kuormittavuuteen, on huomattu tapahtuvan akuuttia nousua hypertrofisen harjoituksen seurauksena (Ihalainen ym. 2014). Mekaaninen kuormitus sekä harjoituksen aiheuttamat lihaksen mikrovauriot ja aineenvaihdunnallinen stressi ovat mahdollisesti merkittävässä roolissa lihashypertrofian käynnistymisessä (Walker 2012, 32-34). Hypertrofisen voimaharjoituksen aiheuttama akuutti hermo-lihasjärjestelmän aktiivisuuden lasku liittyy mahdollisesti perifeerisiin tekijöihin, kuten aineenvaihduntatuotteiden kerääntymiseen ja
11
lihassolun supistuvien elementtien heikentyneeseen toimintaan (Bigland-Ritchie ym. 1986).
Kuormitetun lihaksen turvotus ja liikkuvuuden heikkeneminen ovat tyypillisiä akuutteja seurauksia mikrovaurioita aiheuttaneesta hypertrofisesta voimaharjoituksesta.
3.1.2 Hypertrofisen voimaharjoittelun pitkän aikavälin vaikutukset
Hypertrofisen voimaharjoittelun avulla voidaan kehittää maksimivoimantuottoa ja lihasaktiivisuutta sekä kasvattaa lihasmassaa kaiken ikäisillä (Walker 2012, 93-94).
Testosteroni ja kasvuhormoni ovat anabolisia hormoneja, joiden toistuvilla ja akuuteilla pitoisuuden muutoksilla arvioidaan tämän vuoksi olevan tärkeä rooli lihaskasvun ja voiman kehittymisen pitkän tähtäimen adaptaatioprosessissa (Linnamo ym. 2005; Crewther ym. 2006).
Pitkäkestoisen harjoittelun vaikutuksista hormonitasojen muutoksiin erityisesti testosteronin, kasvuhormonin ja kortisolin osalta on kuitenkin ristiriitaisia tutkimustuloksia.
Tutkimustulosten epäselvyyteen liittyy useita tekijöitä, kuten interventiotutkimusten erilaiset kestot sekä harjoitusten kuormittavuus (Walker 2012, 34-36), hormonitasojen luonnollinen ajoittainen vaihtelu (Svartberg ym. 2003), geneettiset erot (Sung & Song 2016) sekä ravitsemukselliset tekijät (Bishop ym. 1988). On myös epäselvää, liittyykö mahdollinen harjoittelun seurauksena ilmennyt seerumin hormonitasojen akuutit muutokset hormonaalisen systeemin adaptaatioihin vai kykyyn toteuttaa intensiteetiltään ja volyymiltaan kuormittavampaa harjoittelua, jonka seurauksena stimulus hormonaalisille vasteille olisi suurempi. (Walker 2012, 34-36.)
Hypertrofisen voimaharjoittelun seurauksena tapahtuu neuraalisia adaptaatioita, jotka liittyvät agonisti- ja synergistilihasten parantuneeseen aktivaatioon ja toisaalta antagontistilihasten yhtäaikaiseen koaktivaatioon. Harjoittelemattomilla voimaharjoittelun alussa tapahtuva voimantuoton parantuminen selittyykin lähinnä hermostollisilla adaptaatioilla (Del Vecchio ym. 2019), kun taas lihasmassan kasvu ja sen vaikutus voimatasojen parantumiseen lisääntyvät harjoittelun edetessä. (Walker 2012, 29-32.) Tutkimuksissa on havaittu lihassolutyyppien muutosta maksimi- ja hypertrofisen voimaharjoittelun seurauksena. Vaikuttaa siltä, että nopean ja väsyvän tyypin IIb-lihassolujen osuus vähenee ja väsymystä paremmin sietävän lihassolutyypin IIa osuus kasvaa. Hitaamman ja väsymystä hyvin sietävän tyypin I lihassolujen
12
sekä tyypin II lihassolujen välillä ei tutkimuksissa ole havaittu merkittäviä muutoksia suuntaan tai toiseen. (Walker 2012, 32-34.) On havaintoja siitä, että hypertrofisen voimaharjoittelun seurauksena lihaksen regeneraatioprosessissa tapahtuu ajan mittaan vahvistumista, mikä tarkoittaa lihaskudoksen nopeampaa palautumista harjoituksen aiheuttamista mikrovaurioista (Ihalainen ym. 2017).
3.2 Hermostollinen voimaharjoittelu
Hermostollisen voimaharjoittelun tarkoituksena on parantaa voimaa ja tehontuottokykyä hermostollisen ohjauksen ja aktivaation kehittämisen kautta ilman tarkoituksellista lihasmassan lisäämistä (Häkkinen ym. 2001; Häkkinen ym. 1990). Hermostollisen voimaharjoittelun avulla voidaan siis parantaa voima/lihasmassa –suhdetta eli suhteellista voimantuottoa (Beattie ym.
2016; Häkkinen ym. 1990). Useissa urheilulajeissa, joissa kannatellaan omaa kehonpainoa, kuten juoksussa, suhteellisen voiman merkitys on tärkeä.
Maksimivoimatasojen kehittäminen hermostollisella voimaharjoittelulla toteutetaan suurilla, lähellä maksimia ja maksimaalisilla kuormilla ja vain 1-3 toiston sarjoilla. Palautumisajat sarjojen välillä on oltava pitkät, jopa 5 minuuttia, jotta seuraava sarja voidaan toteuttaa mahdollisimman vireässä ja palautuneessa tilassa. Tällöin hermostollinen aktivaatio suorituksen aikana on mahdollisimman suurta ja aineenvaihdunnalliset ja hormonaaliset vaikutukset jäävät mahdollisimman pieniksi. Sama periaate palautumisajan suhteen pätee räjähtävässä voimaharjoittelussa. Kuitenkin, räjähtävyyttä ja tehontuottokykyä kehitettäessä harjoitellaan maksimivoimaharjoittelusta poiketen kevyemmillä kuormilla tai kehonpainolla, jolloin voidaan saavuttaa mahdollisimman suuri liikenopeus. Kuten maksimivoimaharjoittelussa, myös räjähtävässä voimaharjoittelussa keskeistä on hermostollisiin mekanismeihin vaikuttaminen lihasmassan sijaan. Esimerkkejä räjähtävyyttä ja tehontuottoa kehittävästä harjoittelusta on plyometrinen harjoittelu eli hyppelyharjoittelu sekä kevyellä kuormalla tehtävät räjähtävät painonnostoliikkeet. (Fleck & Kraemer 2014, 107-109, 278-287.)
13
3.2.1 Hermostollisen voimaharjoituksen välittömät vaikutukset
Kevyellä kuormalla toteutettu nopeusvoimaharjoitus ei saa aikaan merkittäviä akuutteja hormonaalisia muutoksia tavanomaiseen voimaharjoitukseen verrattuna (Linnamo ym. 2005;
McCaulley ym. 2008; Häkkinen ym. 1990). Hyppelytyyppisessä harjoituksessa, jota kutsutaan plyometriseksi harjoitteluksi, eksentrinen kuormitus on suurta ja lihasvaurioita voi syntyä runsaasti kuormituksen intensiteetistä ja volyymista riippuen. Voimantuottokyvyn laskua sekä lihasarkuutta on havaittu suurimmillaan noin 24-48 h tällaisen plyometrisen kuormituksen jälkeen. (Sarabon ym. 2013.) Viivästyneen lihaskivun (DOMS) suuruus saattaa plyometrisen harjoituksen jälkeen olla suurempaa kuin konsentrisen kuormituksen jälkeen, mutta todennäköisesti pienempää kuin varsinainen eksentrisen kuormituksen jälkeen (Brockett ym.
1997; Sarabon ym. 2013 mukaan).
Hermoston toimintaa kehittävän maksimivoimaharjoittelun akuutit vasteet ovat osittain erilaisia kuin plyometrisessä- ja nopeusvoimaharjoittelussa. Tutkimuksissa on havaittu, että maksimivoimaharjoittelu saa aikaan hypertrofisen voimaharjoituksen tavoin isometrisen voimantuottokyvyn sekä nopean voimantuottokyvyn (RFD) akuuttia heikentymistä, mitkä ilmentävät hermolihasjärjestelmän väsymistä (McCaulley ym. 2009). McCaulleyn ym. (2009) tutkimuksessa havaittiin, että maksimivoimaharjoituksen aiheuttaman akuutin RFD:n heikentymisen palautuminen kohti lepotason arvoja oli hitaampaa kuin hypertrofisen harjoituksen jälkeen ja selittynee suuremmalla hermostollisella väsymyksellä. Hermostollisessa maksimivoimaharjoituksessa hormonaaliset vasteet jäävät pieniksi, mikä johtuu todennäköisesti matalista toistomääristä (McCaulley ym. 2009; Kraemer ym. 1990, Ratamess ym. 2005) sekä pitkistä sarjojen välisistä palautumisajoista, mikä taas on välttämätöntä riittävän palautumisen varmistamiseksi ja maksimaalisen intensiteetin saavuttamiseksi seuraavassa sarjassa (McCaulley ym. 1990).
3.2.2 Hermostollisen voimaharjoittelun pitkän aikavälin vaikutukset
Pitkällä aikavälillä hermostollinen maksimi- ja nopeusvoimaharjoittelu kehittää urheilijan nopeaa voimantuottokykyä (RFD) sekä maksimaalista tahdonalaista voimantuottoa. Näiden
14
muutosten taustalla ovat muun muassa lihassolujakaumassa tapahtuvat muutokset, parantunut hermostollinen ohjaus sekä lihas-jännekompleksin jäykkyyden parantuminen. Jotta nämä hyödyt saataisiin siirrettyä lajisuoritukseen mahdollisimman hyvin, tulisi liikkeet valita lajispesifisti ja kohdistaa kuormitus lajisuorituksessa tarvittaville lihasryhmille. (Anning 2016.)
3.3 Voimaharjoittelu ja lihasvauriot
Kuten edellä on todettu, voimaharjoittelu ja erityisesti runsaasti eksentristä kuormitusta sisältävä harjoittelu voi akuutisti aiheuttaa lihaksen vaurioitumista. Suoria merkkejä eksentrisen kuormituksen aiheuttamista lihasvaurioista ovat muun muassa lihassolujen ja niitä ympäröivien rakenteiden kuten soluväliaineen (ECM = extra-cellular matrix) rakenteelliset muutokset, magneettiresonanssikuvin (MRI) havaittavat muutokset sekä seerumista mitattavien lihasproteiinien kreatiinikinaasin, myoglobiinin ja troponiinin pitoisuudet. (Hyldahl ym. 2017.) Tutkimuksissa käytetään lyhennettä EIMD (= exercise-induced muscle damage), kun viitataan harjoituksen aiheuttamiin lihasvaurioihin. Oireita ja epäsuoria EIMD-markkereita ovat muun muassa lihasarkuus, lihasturvotus, lihaksen voimantuottokyvyn lasku sekä liikelaajuuden (ROM = range of motion) heikentyminen. (Doma ym. 2015.) Voimakkaimmillaan lihasarkuus on noin 24-48 tunnin aikana rasituksen jälkeen (Proske ym. 2005) ja harjoittelemattomilla henkilöillä EIMD:n oireita voi ilmetä jopa 14 vuorokautta intensiivisen eksentrisen harjoituksen jälkeen (Cleak & Easton 1992).
15 4 TOISTOHARJOITUSVAIKUTUS
Tutkimuksissa on havaittu, että uudelleen suoritettuna voimaharjoitus tai muu lihaksen vaurioitumista aiheuttava kuormitus, kuten esimerkiksi alamäkijuoksu tai hyppelyharjoittelu, aiheuttaa pienempiä EIMD:n oireita ensimmäiseen harjoituskertaan verrattuna. (Doma ym.
2017b; Doma ym. 2015; Chen ym. 2009; Chen ym. 2007; McHugh ym. 1999b.) Tällaisesta ilmiöstä on käytetty termiä repeated bout effect (RBE). Selvyyden vuoksi käytän tässä suomenkielisessä tutkielmassa RBE:n sijaan termiä toistoharjoitusvaikutus. Termillä viitataan adaptaatioihin elimistössä, joiden ansiosta elimistölle aiheutettava yllättävän kova eksentrinen tai isometrinen kuormitus ei enää seuraavalla kerralla saa aikaan yhtä voimakkaita lihasvaurioita ja hermolihasjärjestelmän toiminnan heikentymistä. Ensimmäiseen eksentriseen harjoitukseen verrattuna, seuraavien viikkojen aikana toistetun harjoituksen aiheuttamat histologiset muutokset (mm. lihasfiiberien rikkoutuminen), eri kuvantamismenetelmin havaittavat muutokset lihaskudoksessa, lihasarkuus, lihasturvotus, maksimaalinen tahdonalainen voimantuottokyky (MVC) sekä palautumisaika on havaittu olevan pienempiä ja verestä mitatut kreatiinikinaasin aktiivisuus ja myoglobiinikonsentraatiot suurempia (Hyldahl ym. 2017). Kuitenkin, toistoharjoitusvaikutuksen on havaittu olevan osittain erilaista näiden eri markkereiden kohdalla, ja esimerkiksi kreatiinikinaasin aktiivisuuden muutos voi olla lähes olematonta seuraavalla harjoituskerralla, kun taas maksimaalisen tahdonalaisen voimantuottokyvyn akuutissa heikkenemissä ei välttämättä havaita lainkaan eroja (Hyldahl ym.
2017).
4.1 Toistoharjoitusvaikutuksen kesto
Tyypillinen ajatus on, että lihasadaptaatioiden tapahtuminen vaatisi useiden harjoituskertojen toistamista säännöllisin väliajoin, toisin sanoen harjoittelua. Yksittäisellä harjoituksella voi kuitenkin olla yllättävän voimakkaita ja pitkäaikaisia seurauksia. (Nosaka & Aoki 2011.) On myös havaittu, että käsien lihaksia kuormittava harjoitus aiheuttaisi suurempaa ja pidempi aikaista lihasvauriota kuin alaraajojen lihaksille toteutettu harjoitus (Chen ym. 2011; Jamurtas ym. 2005). Nosakan ym. (2001) toteuttamassa tutkimuksessa, jossa testattiin yksittäisen intensiivisen eksentrinen kyynärvarren koukistuskuormituksen aiheuttamia vaikutuksia,
16
huomattiin selkeitä suojaavia vaikutuksia vielä 6 kuukautta myöhemmin. Adaptaatiot ilmenivät nopeampana maksimivoimantuottokyvyn palautumisena, pienempänä lihasarkuutena ja lihasturvotuksena sekä matalampana kreatiinikinaasiaktiivisuutena 6 kuukautta myöhemmin tehdyn samanlaisen intensiivisen harjoituksen jälkeen (Nosaka ym. 2001). Myöhemmässä tutkimuksessaan Nosaka ym. (2005) havaitsivat kuitenkin huomattavasti lyhempikestoista ensimmäisen maksimaalisen eksentrisen harjoituksen tuottamaa lihasvaurioilta suojaavaa vaikutusta ja että harjoitusvälin pidentyessä kahdeksasta 12:een viikkoon, lihasvaurioilta suojaava vaikutus heikkeni merkittävästi. Neljän tai kahdeksan viikon kohdalla toistettu harjoitus aiheutti kuitenkin selkeästi pienempiä lihasvaurioita ensimmäiseen harjoitukseen verrattuna kaikilla lihasvaurioita mittavilla markkereilla. (Nosaka ym. 2005.) Erot lihasvaurioherkkyydessä ylä- ja alaraajojen välillä liittyvät mahdollisesti lihasten päivittäiseen aktiivisuustasoon. Siten jatkuvasti suuremman kuormituksen kohteena olevassa alavartalon lihaksistossa on luonnollisesti kehittynyt suurempi suojaava vaikutus, jolloin uuden harjoituksen aiheuttamat lihasvauriot eivät ole yhtä voimakkaita. (Chen ym. 2011.)
4.2 Harjoituksen kuormittavuus ja toistoharjoitusvaikutus
Ensimmäistä kertaa toteutetun harjoituksen kuormittavuus vaikuttaa kehittyvän suojan voimakkuuteen. Maksimaalisen eksentrisen harjoituksen on ajateltu tuottavan selkeästi voimakkaamman vasteen ja siten vahvemman lihasvaurioilta suojaavan vaikutuksen seuraavaa harjoituskertaa ajatellen, verrattuna submaksimaaliseen, intensiteetiltään matalampaan kuormitukseen. Kuitenkin, säännöllisesti toistetut submaksimaaliset harjoitukset saattavat tuottaa yhtä voimakkaan suojaavan vaikutuksen seuraavaa maksimaalista harjoitusta vastaan kuin yksittäinen maksimaalinen harjoitus. (Chen ym. 2010.) Lisäksi, Ragab ym. (2015) havaitsivat sekä submaksimaalisen eksentrisen (80 % maksimitehosta) että maksimaalisen isometrisen harjoituksen tuottavan lihasvaurioilta suojaavan vaikutuksen kaksi päivää myöhemmin toteutettavaa maksimaalista eksentristä harjoitusta vastaan, mutta submaksimaalisen eksentrisen harjoituksen tuottama vaikutus oli isometristä maksimaalista harjoitusta vahvempi. Howatsonin tutkimusryhmä ei huomannut yksittäisen harjoituksen volyymin vaikuttavan toistoharjoitusvaikutuksen ilmenemiseen. He vertasivat maksimaalisen 45 toistoa sisältävän eksentrisen harjoituksen ja 10 toistoa sisältävän eksentrisen harjoituksen akuutteja vasteita 2 viikkoa myöhemmin toteutetun maksimaalisen 45 toistoa sisältävän
17
eksentrisen harjoituksen akuutteihin vasteisiin, eikä ensimmäisellä kerralla tehty 45 toiston harjoitus tuottanut sen parempaa suojaa lihasvaurioilta kuin volyymiltaan matalampi harjoitus (Howatson ym. 2007). Ei siis ole täysin selkeää, että intensiteetiltään tai volyymiltaan suurempi harjoituskuormitus tuottaisin paremman toistoharjoitusvaikutuksen kuormitukseltaan matalampaan harjoitukseen verrattuna.
4.3 Teorioita toistoharjoitusvaikutuksen mekanismeista
Toistoharjoitusvaikutuksen taustalla olevat mekanismit eivät vielä ole aivan selviä ja tutkimuksissa on havaittu ristiriitaisiakin tuloksia. Tutkimuksista on kuitenkin kehitetty erilaisia teorioita, joiden mukaan ilmiön taustalla vaikuttavat hermostolliset, mekaaniset ja solutasolla tapahtuvat muutokset (McHugh ym. 2003). Tuoreempien tutkimusten perusteella ensimmäisen lihassoluvaurioita tuottavan harjoituksen jälkeiset adaptaatiot voidaan jakaa neuraalisiin muutoksiin, lihasjänne -kompleksin rakenteellisiin muutoksiin, lihaksen soluväliaineen (ECM, extra-cellular matrix) sisällön uudelleen muotoutumiseen sekä biokemiallisissa signaaleissa ja tulehdusvasteissa tapahtuviin muutoksiin (kuva 3). Nämä adaptaatiot yhdessä ehkäisevät lihaksen vaurioitumista, kun se seuraavan kerran altistuu eksentriselle kuormitukselle. (Hyldahl ym. 2017.)
KUVA 3. Mahdollisia adaptaatiomekanismeja toistoharjoitusvaikutuksen (RBE) taustalla Hyldahlin ym. (2017) mukaan. ECM, extra-cellular matrix = soluvälitila. (Mukaeltu Hyldahl ym. 2017.)
18
4.3.1 Hermostolliset muutokset toistoharjoitusvaikutuksen taustalla
Yksi selitys toistoharjoitusvaikutuksen taustalla olevista mekanismeista on hermoston toiminnassa tapahtuvat adaptaatiot ensimmäisen kuormittavan harjoituksen jälkeen. Motoristen yksiköiden aktivoitumista mittaamalla on havaittu EMG-signaalin amplitudin kasvua suhteessa voiman tuottoon seuraavassa harjoituksessa, mikä ilmentää mahdollista supistumiskäskyn uudelleenjakaantumista useammalle lihassolulle. Hitaan tyypin motoristen yksiköiden aktivointi ja/tai motoristen yksiköiden yhtäaikaisempi aktivoituminen eli synkronisaatio ovat mahdollisesti suurempia toistetussa harjoituksessa, mikä viittaa ensimmäisen harjoituksen aikaansaamiin hermostollisiin adaptaatioihin. (McHugh ym. 2003.) Esimerkiksi Warrenin ym.
(2000) tutkimuksessa huomattiin EMG-mittausten avulla jo yksittäisen maksimaalisen säären etuosan lihaksille toteutetun eksentrisen harjoituksen aiheuttavan muutoksia, jotka viittaavat edellä mainittuihin adaptaatioihin motoristen yksiköiden aktivoitumisessa. Nopeat motoriset yksiköt todennäköisesti rekrytoituvat herkemmin eksentrisessä työssä ja nopeiden yksiköiden lihassolut ovat myös herkempiä eksentrisen kuormituksen aiheuttamalle vaurioitumiselle. On mahdollista, että uudelleen toteutetussa harjoituksessa hitaampien motoristen yksiköiden rekrytointi on suurempaa, jolloin kuormituksessa syntyvien lihasvaurioiden määrä jää pienemmäksi kuormituksen jakautuessa suuremmalle solujoukolle, joista osa on myös vähemmän vaurioherkkiä. (Warren ym. 2000.) Keskushermoston arvioidaan mukauttavan toimintaansa jakamalla ärsykettä laajemmalle joukolle motorisia yksiköitä, jolloin yksittäisille lihasalueille kohdistuva kuormitus on seuraavalla kerralla pienempi (Hyldahl ym. 2017).
Osassa tutkimuksista hermostollisilla adaptaatioilla ei kuitenkaan ole huomattu olevan toistoharjoitusvaikutusta selittävää merkitystä ja perifeerisillä adaptaatioilla on katsottu olevan keskushermoston toimintaa suurempi vaikutus toistoharjoitusvaikutusta selittävänä tekijänä (McHugh ym. 2003; Pincheira ym. 2018). Koska motoristen yksiköiden rekrytoinnin synkronisaation paraneminen maksimaalisissa eksentrisissä supistuksissa lisää voimantuottoa, on arvioitu, että riski lihasvaurioiden syntymiselle olisi jopa suurempaa, elleivät muut mekanismit suojaisi lihasta (Hyldahl ym. 2017).
19
4.3.2 Rakenteelliset muutokset toistoharjoitusvaikutuksen taustalla
Eksentrisen kuormituksen aiheuttaman lihasvaurion arvioidaan saavan alkunsa lihassolun myofibrilleihin eli lihassäikeisiin kohdistuvasta mekaanisesta kuormituksesta. Myofibrillien rikkoutumisen seurauksena lihaksen mekaanisissa ominaisuuksissa tapahtuu adaptaatioita, jotka seuraavalla harjoituskerralla tarjoavat paremman suojan vaurioita vastaan. Mekaanisia muutoksia voidaan tarkastella koko lihaksen, lihassolujen ja lihassäikeiden tasolla. (McHugh ym. 2003.)
Eksentrisen harjoittelun on havaittu lisäävän sekä dynaamista (Pousson ym. 1990) että passiivista (Reich ym. 2000) lihasjäykkyyttä eli stiffnessiä. Dynaamisen lihasjäykkyyden arvioidaan liittyvän aktiivisen lihaksen elastisiin ominaisuuksiin tai venyvyyteen, kun taas passiivinen lihasjäykkyys viittaa kyseisiin ominaisuuksiin rentoutuneessa lihaksessa. (Hugh ym. 2003.) Pousson ym. (1990) arvioivat lisääntyneen dynaamisen jäykkyyden eksentrisen harjoittelun seurauksena liittyvän joko jänteessä tai lihassolun poikkisilloissa tapahtuneeseen jäykkyyden kasvuun. Reich ym. (2000) olettivat parantuneen dynaamisen ja passiivisen jäykkyyden perustuvan adaptaatioihin solun tukirangan proteiineissa, jonka seurauksena järjestys ja rakenne solun sisäisissä rakenteissa pysyy paremmin yllä. Rotilla toteutetussa kokeessa havaittiin solun tukirangan perättäisten supistuvien elementtien eli sarkomeerien lisääntymistä, kun viitenä peräkkäisenä päivänä rotille teetettiin alamäkijuoksuharjoitus (Lynn
& Morgan 1994). Erityisesti quadriceps-lihaksille kohdistuva eksentrinen kuormitus alamäkijuoksun aikana sai aikaan adaptaatioita lihaksen myofibrillien sarkomeerien määrässä, joka havaittiin kolme päivää harjoitusjakson jälkeen tehdyissä mittauksissa. Ylämäkeen juoksuharjoituksen tehneillä rotilla ei havaittu samanlaisia rakenteellisia muutoksia lihassoluissa. (Lynn & Morgan 1994.)
Akuuteista mekaanisista, solun tukirankaan liittyvistä adaptaatioista toistoharjoitusvaikutuksen taustalla on vain vähän ja epäselvää tutkimusnäyttöä (McHugh ym. 2003). Kuitenkin, solun tukirangan vahvuuden kannalta merkittävän desmiini –nimisen proteiinin määrän kasvua on havaittu lihasta vaurioittavien harjoitusten seurauksena jo 3-7 päivää kuormituksen jälkeen, mikä viittaa solun tukirangan uudelleen muodostumiseen ja vahvistumiseen (Barash ym. 2002).
20
Lisäksi Lynnin ja Morganin (1994) tutkimuksessa havaittu perättäisten sarkomeerien määrän lisääntyminen jo kolmen päivän aikana harjoituksen jälkeen viittaavat siihen, että mekaanisia adaptaatioita voi syntyä jo varsin nopeasti, eikä niiden vaikutuksia toistoharjoitusvaikutukseen ole siten syytä sulkea täysin pois. Erään teorian mukaan lihaksen sisäisen sidekudoksen muodostuminen lihaskudosta vaurioittavan eksentrisen harjoituksen jälkeen kiihtyy ja tuottaa vahvemman suojan tulevalle kuormitukselle (Lapier ym. 1995), joskin tämänkin havainnon taustalla saattaa olla lisääntynyt perättäisten sarkomeerien määrä (McHugh ym 2003).
On edelleen epäselvää, suojaako parantunut lihasjäykkyys lihasvaurioilta. Tutkimuksissa on havaittu myös vastakkaisia tuloksia, joissa suurentunut passiivinen lihasjäykkyys on ollut yhteydessä suurempiin lihassoluvaurioihin, kuten voimantuoton laskuun, lihaskipuun ja kreatiinikiinasi pitoisuuden kasvuun (McHugh ym. 1999a; McHugh ym. 1999b; Howell ym.
1993; Whitehead ym. 2001). Näissä tutkimuksissa lihasjäykkyyttä ei kuitenkaan seurattu lihaksen ollessa täysin palautunut kuormituksesta, joten vaikutuksia toistoharjoitusvaikutuksen ilmenemiseen, joka ainakin osittain perustuu palautumisprosessin aikana tapahtuviin adaptaatioihin, on vaikea todeta (McHugh ym. 2003.)
4.3.3 Lihassolussa tapahtuvat muutokset toistoharjoitusvaikutuksen taustalla
Lihassolun sisällä tapahtuvat adaptaatiot lihasvaurioita aiheuttaneen kuormituksen jälkeen voidaan jakaa muutoksiin lihaksen supistumisominaisuuksissa sekä muutoksiin tulehduksellisissa vasteissa. Supistumisominaisuuksien adaptaatiot käsittää jo edellisessä kappaleessa mainitun perättäisten sarkomeerien määrän kasvun palautumisprosessin aikana, vasteena lihassoluja vaurioittavalle eksentriselle kuormitukselle (McHugh ym. 2003). Lisäksi supistumisominaisuuksien adaptaatioihin liittyy muutokset lihassupistuksen mahdollistamissa vuorovaikutusreaktioissa lihassolussa, ärsytys-supistus kytkennässä (McHugh ym. 2003), jonka voidaan katsoa alkavan aktiopotentiaalin saapumisesta asetyylikoliini-entsyymin vapautuessa hermo-lihasliitoksessa ja päättyvän kalsiumin vapautumiseen sarkoplasmisesta retikulumista (Warren ym. 2001). Tämä mahdollistaa aktiini- ja myosiinifilamenttien välisen vuorovaikutuksen sekä lihaksen supistumisen ja tunnetaan paremmin englanninkielisellä termillä excitation-contraction coupling (McArdle ym. 2015, 354-381).
21
Voimatasojen heikkeneminen ensimmäisen yksittäisen eksentrisen harjoituksen jälkeen johtuu mahdollisesti kahdesta tekijästä: 1) rakenteiden fyysisestä vaurioitumisesta sekä 2) ärsytys- supistus kytkennän häiriöistä (Warren ym. 2001). Palautumisprosessin aikana lihasvaurioita aiheuttavan kuormituksen jälkeen sarkoplasmisen retikulumin arvellaan vahvistuvan, joka taas saattaisi ennaltaehkäistä häiriöitä ärsytys-supistus kytkennän toiminnassa ja siten vähentää voimantuoton heikentymistä seuraavan harjoituksen jälkeen (McHugh ym. 2003). Suoraa näyttöä ärsytys-supistus kytkennän adaptaatioiden vaikutuksesta toistoharjoitusvaikutukseen ihmisillä ei kuitenkaan ole. Ärsytys-supistus kytkennän on arvioitu selittävän 57-75 % voimantuoton heikentymisestä 0-5 päivän aikana eksentrisen kuormituksen jälkeen hiirillä tehdyssä kokeessa (Ingalls ym. 1998). Eroja voimantuoton heikkenemisessä välittömästi ensimmäisen ja seuraavan harjoituksen jälkeen ei ole kaikissa tutkimuksissa havaittu, vaan merkittävimmät erot on havaittu vasta harjoituksia seuraavina päivinä. Mikäli ärsytys-supistus kytkennän adaptaatioilla pelkästään voitaisiin selittää toistoharjoitusvaikutusta, tulisi voimantuoton heikkenemisen erot olla havaittavissa sekä välittömästi harjoitusten jälkeen että seuraavina päivinä (McHugh ym. 2003.)
Lihassolun mekaaninen vaurioituminen eksentrisen kuormituksen seurauksena aiheuttaa paikallisen tulehdusreaktion. Tulehdusmarkkereiden, kuten neutrofiilien ja monosyyttien aktiivisuuden on havaittu pienenevän eksentristen harjoituskertojen toistuessa, mikä viittaa tulehdusvasteen alenemiseen. Alhaisemman tulehduksen taas uskotaan olevan seurausta adaptaatioista, jotka estävät myofibrillien mekaanisen rikkoutumisen lihassolun sisällä ja näin ollen heikomman stimuluksen tulehdusvasteelle. (McHugh ym. 2003.)
22
5 VOIMA- JA KESTÄVYYSHARJOITTELUN YHDISTÄMINEN
Yhdistelmäharjoittelulla tarkoitetaan harjoittelua, jossa ohjelmaan on sisällytetty kestävyys- ja voimaharjoittelua joko samalla harjoituskerralla tai erillisinä harjoituksina toteutettavaksi (Doma ym. 2017a). Jo pitkään on tiedostettu, että voimaharjoittelulla voidaan edistää kestävyyssuorituskykyä ja juoksun sekä muiden kestävyyslajien suorituksen taloudellisuutta.
Voimaharjoittelusta onkin tullut keskeinen osa useiden kestävyysurheilijoiden harjoittelua.
Voima- ja kestävyysharjoittelun yhdistämisessä on kuitenkin omat haasteensa. Haasteet liittyvät toisaalta harjoitusmäärien ja harjoitustiheyden suurentumiseen, mutta myös kestävyys- ja voimaharjoitusten aiheuttamiin ja osin vastakkaisiin harjoitusadaptaatioihin, joita tulisi pyrkiä huomioimaan harjoittelua suunniteltaessa ja toteutettaessa.
5.1 Yhdistelmäharjoittelun vaikutukset voimantuottoon
Yhdistetyn kestävyys- ja voimaharjoittelun on jo vuosikymmeniä sitten havaittu olevan epäedullista voimatasojen kehittymiselle, mikäli vertailukohtana on pelkän voimaharjoittelun toteuttaminen. Harjoittelemattomilla ja voimaharjoitelleilla samana päivänä tehty voima- ja kestävyysharjoitus ei ainakaan pitkään jatkuneena ole voimatasojen kehittymisen kannalta edullista (Wilson ym. 2012; Bell ym. 2000; Hickson ym. 1980), kuten ei myöskään samaan harjoitukseen sisällytetty voima- ja kestävyysharjoittelu (Chtara ym. 2008; Hunter ym. 1987).
Chtaran ym. (2008) tutkimuksessa saman harjoituksen voima- ja kestävyysharjoitusosioiden järjestyksellä ei ollut merkitystä voiman kehittymiselle fyysisesti aktiivilla opiskelijoilla.
Häkkinen ym. (2003) eivät havainneet yhdistelmäharjoitteluryhmän ja pelkkää voimaharjoittelua toteuttaneet ryhmän välillä eroa maksimivoiman kehittymisessä, kun kestävyys- ja voimaharjoitukset olivat sijoitettu eri päiville ja harjoittelun kokonaismäärä oli maltillinen (2 kestävyys- ja 2 voimaharjoitusta /vko) 21 viikkoa kestäneen harjoitusintervention ajan. Samansuuntaisen tuloksen havaitsivat myös McCarthy ym. (2002) tutkimuksessaan, jossa 3 kertaa viikossa 10 viikon ajan toteutettu yhdistelmäharjoittelu (kestävyysharjoittelu pyöräillen) aikaisemmin harjoittelemattomilla ei vaikuttanut voiman kehittymistä heikentävästi, verrattuna pelkkään voimaharjoitusryhmään. Häkkisen ym. (2003) tutkimuksessa yhdistelmäharjoittelu vaikutti kuitenkin häiritsevän nopeusvoiman kehittymistä,
23
jonka arvioitiin johtuvan ainakin osittain rajoittuneesta hermostollisesta kyvystä tahdonalaiseen nopeaan lihasaktivaatioon.
Kestävyysharjoitelleilla toteutetuissa yhdistelmäharjoittelututkimuksissa on havaittu maksimi- ja räjähtävän voimaharjoittelun lisäämisen kestävyysharjoitteluun parantavan juoksijoiden maksimivoimatasoja (Mikkola ym. 2011; Ferrouti ym. 2010; Storen ym. 2008). Mikkolan ym.
(2011) tutkimuksessa vain maksimivoimaharjoittelu yhdistettynä matalatehoiseen kestävyysharjoitteluun paransi juoksijoiden räjähtävää voimaa, joka havaittiin parantuneena kevennyshyppytuloksena. Kevennyshyppytulos ei sen sijaan parantunut ryhmillä, jotka tekivät kestävyysharjoittelun lisäksi räjähtävää- tai kestovoimaharjoittelua tai pelkästään kestävyysharjoittelua (Mikkola ym. 2011). Storenin ym. (2008) tutkimuksessa maksimivoiman lisäksi myös nopea voimantuottokyky (RFD = rate of force development) parantui merkittävästi kun maksimivoimaharjoittelua lisättiin kestävyysjuoksijoiden harjoitusohjelmaan 8 viikon ajaksi.
5.2 Voimaharjoittelu kestävyyssuorituskykyä edistävänä tekijänä
Kestävyysurheilijoiden harjoittelussa ei ole tarkoituksenmukaista pyrkiä maksimaaliseen voimatasojen kehittymiseen. Verkhoshansky & Verkhoshanskyn (2011, 274) mukaan voimaharjoittelun tarkoituksena on edistää urheilijan ”motorista potentiaalia” ja asteittain kehittää kykyä hyödyntää tätä potentiaalia spesifisti kilpailusuorituksen vaatimalla tavalla.
Kestävyysjuoksussa voimaharjoittelulla tulisikin pyrkiä fysiologisiin ja neuraalisiin adaptaatioihin, jotka parantavat muun muassa juoksun taloudellisuutta, maksimaalisella aerobisella teholla saavutettavaa vauhtia (vVO2max) sekä maksimaalista anaerobista vauhtia (vMART). Erityisesti eliittitason kestävyysjuoksijoilla näiden tekijöiden on huomattu erottelevan parhaat juoksijat toisistaan, kun erot maksimaalisen hapenottokyvyn välillä ovat minimaalisia. (Beattie ym. 2017.)
Kestävyysominaisuuksien kehittymistä tarkasteltaessa, ei yhdistetty kestävyys- ja voimaharjoittelun yleisesti vaikuta heikentävän kestävyysominaisuuksien kehittymistä, vaan päinvastoin, useissa tutkimuksissa voimaharjoittelun yhdistäminen kestävyysharjoitteluun on
24
tuottanut positiivisia tuloksia (Vikmoen ym. 2017; Schumann ym. 2015; Wilson ym. 2012;
Mikkola ym. 2011; Paavolainen ym. 1999; Hickson ym. 1988). Harjoitelleilla kestävyysurheilijoilla voimaharjoittelun aiheuttamat muutokset kestävyyssuorituskykyyn selittyy parantuneella taloudellisuudella, ei niinkään maksimaalisen hapenottokyvyn muutoksilla (Storen ym. 2008; Millet ym. 2002; Paavolainen ym. 1999). Maksimivoima- ja tehoharjoittelun yhdistäminen kestävyysharjoitteluun on havaittu parantavan kestävyysharjoitelleiden juoksun taloudellisuutta (Millet ym. 2002; Storen ym. 2008;
Paavolainen ym. 1999), vauhtia laktaattikynnyksellä (Mikkola ym. 2007a), maksimaalista anaerobista juoksuvauhtia (vMART) (Mikkola ym. 2011; Paavolainen ym. 1999; Mikkola ym.
2007b), uupumukseen kulunutta aikaa (Vikmoen ym. 2017; Storen ym. 2008; Hickson ym.
1988) sekä matkaan kulunutta aikaa (Paavolainen ym. 1999). Kuitenkin, tällaisten positiivisten vaikutusten saavuttamiseksi yhdistelmäharjoittelussa, on riittävällä palautumisella todennäköisesti tärkeä merkitys (Beattie ym. 2014; Häkkinen ym. 2003). Kehittävät kestävyys- ja voimaharjoitukset saattaa olla hyvä sijoittaa erilleen toisistaan, jotta molemmat harjoitukset voidaan tehdä hyvässä vireystilassa. Etenkin intensiivisen kestävyysharjoituksen jälkeen tehty voimaharjoitus voi olla tehotonta, johtuen kestävyysharjoituksen aiheuttamasta residuaalisesta väsymyksestä. Hermoston ollessa väsyneessä tilassa, on mahdollista, ettei voimaharjoituksesta ole merkittävää hyötyä voiman eikä kestävyyssuorituskyvyn kehittymiselle. (Schumann ym.
2015.)
Kestävyysharjoitteluun yhdistetyn voimaharjoittelun positiiviset vaikutukset maksimaaliseen ja submaksimaaliseen kestävyyssuorituskykyyn on selitetty liittyvän tehokkaampaan hermo- lihasjärjestelmän toimintaan, suurempaan lihas-jännekompleksin jäykkyyteen ja elastisen energian hyväksikäyttöön, vähemmän taloudellisten tyypin II lihassolujen myöhäisempään rekrytointiin suorituksen aikana sekä suhteellisen nopeiden ja väsymystä sietävien tyypin IIa- lihassolujen osuuden kasvuun, nopeasti väsyvien tyypin IIx-lihassolujen osuuden vähentyessä (Ronnestad & Mujika 2014). Voimaharjoittelun seurauksena lihasjäykkyyden säätely kehittyy, mikä parantaa elastisen energian varastoitumista eksentrisessä vaiheessa. Eksentrisen vaiheen aikana aktivoitunut venymisrefleksi ja mekaanisiin rakenteisiin varastoitunut elastinen energia hyödynnetään askelsyklin konsentrisessa vaiheessa, jolloin voimaa voidaan tuottaa enemmän lyhyemmässä ajassa, mikä tekee juoksemisesta taloudellisempaa. (Komi 2000.) Mekaanisten ja neuraalisten adaptaatioiden seurauksena koko kehon voimatasot parantuvat, jotka johtavat
25
positiivisiin muutoksiin juoksutekniikassa. Teknisesti parempi juoksusuoritus taas laskee tehtävän työn määrää pienentäen hapenkulutusta tietyllä submaksimaalisella kuormalla sekä parantaa tehontuottokykyä maksimaalisissa suorituksissa (Kuva 4). (Johnson ym. 1997;
Paavolainen ym. 1999.)
KUVA 4. Kestävyysjuoksusuoritusta määrittävät muuttujat, joiden kehittymiseen voidaan vaikuttaa oikein yhdistetyllä kestävyys- sekä voima- ja nopeusharjoittelulla. KF = kreatiinifosfaatti. (Mukaeltu Paavolainen ym. 1999.)
Vaikuttaa siltä, että naisjuoksijat hyötyvät raskailla kuormilla tehdystä voimaharjoittelusta enemmän kuin miehet (Barnes ym. 2013; Johnson ym. 1997). Barnesin ym. (2013) kestävyysjuoksijoille tehdyssä tutkimuksessa vain naiset paransivat 5 km juoksuaikaa, kun kestävyysharjoitteluun oli yhdistetty raskailla kuormilla tehtyä voimaharjoittelua. Juoksuaika parantui myös ryhmällä, joka teki raskailla kuormilla tehtävän harjoittelun lisäksi plyometrista harjoittelua. Ryhmätasolla miesten 5 km juoksusuoritus jopa heikentyi kun raskailla kuormilla tehtävää voimaharjoittelua lisättiin kilpailukauden harjoitteluun, mutta yksilöiden välillä oli selkeitä eroja voimaharjoittelun hyödyllisyydestä. (Barnes ym. 2013.)
Maksimi- ja plyometrisen voimaharjoittelun yhdistelmää suositellaan kestävyysjuoksijoille tehtäväksi kaksi kertaa viikossa kilpailukautta edeltävän harjoituskauden aikana. Tämän mallin on havaittu olevan tehokas tapa kehittää maksimivoimaa, nopeaa voimatuottoa, juoksun
26
taloudellisuutta ja kykyä juosta kovaa (vVO2max, vMART). Kilpailukaudella voimaharjoittelun vähentäminen yhteen kertaan viikossa on mahdollisesti riittävää voimatasojen ylläpitämiseksi.
Hyvät voimatasot omaavilla kestävyysjuoksijoilla voimaharjoittelussa tulisi painottaa lajispesifiä reaktiivista voimatuottoa sekä maksimivauhtista juoksua. Tällöin voimaharjoittelusta saataisiin lisää hyötyä taloudellisuuden ja maksimaalisen aerobisen ja anaerobisen juoksuvauhdin kehittämiseksi. (Beattie ym. 2017.)
5.3 Voimaharjoittelun haasteet kestävyysharjoittelussa
Jotta optimaaliset kestävyys- ja voimaharjoittelun adaptaatiot sekä kehittyminen olisi mahdollista, tulisi voimaharjoitukset sijoittaa järkevästi kovatehoisten kestävyys- ja nopeusharjoitusten ympärille (Beattie ym. 2017). Tutkimuksissa on havaittu voimaharjoituksen aiheuttavan akuuttia väsymystä elimistössä, joka voi heikentää suorituskykyä sitä seuraavassa kestävyyssuorituksessa palautumisen ollessa vielä kesken (Doma ym. 2017b; Doma ym. 2015;
Burt ym. 2013). Tästä ilmiöstä on tutkimuksissa käytetty termiä RT-SEP (resistance training- induced sub-optimisation of endurance performance) (Doma ym. 2017a). Mekanismit tämän ilmiön taustalla liittyvät muun muassa lihassoluvaurioihin, lihaskipuun, hermostolliseen väsymykseen sekä glykogeenivarastojen ehtymiseen (kuva 5).
Voimaharjoituksen aiheuttaman väsymyksen tyyppiin ja suuruuteen vaikuttavia mahdollisia harjoitteluun liittyviä muuttujia ovat harjoituksen intensiteetti ja volyymi, voima- ja kestävyysharjoitusten keskinäinen järjestys, palautumisaika ja -tavat sekä viikoittainen harjoitusmäärä. Mikäli edellä mainittujen muuttujien huomiointi on puutteellista, voi pitkään jatkuva yhtäaikainen voima- ja kestävyysharjoittelu aiheuttaa ylikuormittumista sekä heikentää kestävyysharjoittelun tuloksellisuutta. (Doma ym. 2017a.)
27
KUVA 5. Voimaharjoituksen akuutteja vaikutuksia sekä niiden heijastuminen kestävyyssuorituskykyyn ja kestävyyden pitkäaikaiseen kehitykseen. (Mukaeltu Doma ym.
2017a.)
5.3.1 Hermo-lihasjärjestelmän akuutti väsymys ja kestävyyssuorituskyky
Useissa tutkimuksissa on havaittu, että voimaharjoituksesta tai muusta lihasvaurioita aiheuttavasta kuormituksesta johtuva väsymys heikentää kestävyyssuorituksen taloudellisuutta ja suorituskykyä keskimäärin 24-72 tunnin ajaksi (Doma ym. 2017b; Doma ym. 2015; Burt ym.
2013; Marcora & Bosio 2007). Riittämätön palautuminen kuormittavasta voimaharjoituksesta voi johtaa siihen, ettei urheilija kykene toteuttamaan seuraavaa harjoitustaan niillä tehoilla ja laadulla, joka kehittymiseen tähtäävässä harjoittelussa olisi tarpeen. Tästä ilmiöstä käytetään englanninkielellä termiä interference effect. (Doma ym. 2017a.)
Palmer ym. (2001) havaitsivat maksimaalisen voimantuoton sekä juoksun taloudellisuuden heikentymistä 8 tuntia voimaharjoituksen jälkeen. Myös Doman ym. (2015) voimaharjoittelemattomille tehdyssä tutkimuksessa juoksun taloudellisuus sekä anaerobinen
